Northeastern Global News
Ali bo nepričakovana ugotovitev Northeastern laboratorija pripeljala do “novih mej« na področju keramike?
To je bilo eno od srečnih znanstvenih naključij. Profesor Randall Erb [1] in doktorski študent Jason Bice sta delala na izdelku za stranko univerze in dobila povsem nov razred materialov.
Njuno odkritje povsem keramičnega materiala, ki ga je mogoče s stiskanjem oblikovati v kompleksne dele – kar je preboj v industriji – bi lahko spremenilo načrtovanje in izdelavo elektronike, ki oddaja toploto, vključno z mobilnimi telefoni in drugimi radijskimi komponentami.
“Življenje naše raziskovalne skupine je v veliki meri na samem tehnološkem robu,” pravi Erb, izredni profesor strojništva in industrijskega inženirstva, ki vodi laboratorij DAPS na univerzi Northeastern. “Stvari se velikokrat pokvarijo in vsake toliko časa se izkaže, da je eden od teh zlomov tudi srečen.”
Erb je bil julija lani v svojem Northeastern laboratoriju z Biceom, ki je medtem doktoriral iz strojništva. Testirala sta eksperimentalno keramično spojino kot del hipersoničnega projekta za industrijskega partnerja, ko je šlo nekaj narobe. “Z vročim puhalnikom smo ga razstreščili in med nalaganjem se je nepričakovano deformiral in padel iz ležišča,” pravi Erb. “Vzorec, ki je padel na tla smo pogledali in mislili, da gre za napako.”
Podrobnejši pregled je prinesel razodetje. “Ugotovili smo, da je popolnoma nedotaknjen,” pravi Erb. “Bil je le drugače oblikovan.”
Keramika se običajno zlomi (ali celo eksplodira) zaradi toplotnega šoka, ko je izpostavljena ekstremnim toplotnim spremembam in mehanskim obremenitvam. Toda njun vzorec se je elegantno deformiral.
“Poskusili smo še nekajkrat in ugotovili, da lahko nadzorujemo deformacijo,” pravi Erb. “Nato smo začeli material stiskati in ugotovili, da je postopek zelo hiter.”
Njegova osnovna mikrostruktura edinstveno omogoča, da celotna keramika hitro prenaša toploto in učinkovito teče med postopkom oblikovanja. Keramiko je mogoče oblikovati v izvrstne geometrijske oblike, pri sobni temperaturi pa ima impresivno mehansko trdnost in toplotno prevodnost, pravi Erb, čigar ugotovitve so bile nedavno objavljene v reviji Advanced Materials [2].
Erb in Bice izdelek razvijata v okviru svojega zagonskega podjetja Fourier LLC – poimenovanega po francoskem matematiku Josephu Fourierju, ki je pred dvema stoletjema preučeval toplotni tok v keramiki. Podjetje Fourier je prejelo nagrado Spark Fund v višini 50.000 USD, ki jo je dodelil Center za raziskovalne inovacije [3] univerze Northeastern.
“To je edinstveno! Glede na to, kar smo videli in prebrali, termoformabilna keramika v resnici ne obstaja,” pravi Bice. “Zato je to nova meja na področju materialov.”
Novi izdelek ima potencial za uvedbo dveh izboljšav v industriji, začenši z učinkovitostjo kot toplotni prevodnik, ki lahko hladi elektroniko z visoko gostoto.
Na splošno so mobilni telefoni in druga elektronika opremljeni z debelim slojem aluminija, ki je potreben za odvajanje toplote iz naprave. “Naš material je lahko debel manj kot milimeter, kar predstavlja rešitev z nizkim profilom,” pravi Bice. “Lahko ga oblikujemo tako, da se prilega površini, ki jo želimo ohladiti.” Keramika na osnovi fononskih kristalov omogoča pretok toplote brez prenosa elektronov, pravi Erb. Ne moti radijskih frekvenc (RF) mobilnih telefonov in drugih sistemov. “Če v RF komponento namestite aluminijast hladilnik, ste v bistvu naredili vrsto anten, ki vplivajo na RF signal,” pravi Erb. “Namesto tega lahko naš material na osnovi borovega nitrida vstavimo v in okoli RF komponente in je v bistvu neviden za RF signal.”
Druga izboljšava, pravi Erb, je, da se lahko oblikovno prilega neposredno električni komponenti. Echo St. Germain, študent petega letnika strojništva na univerzi Northeastern, ki je pri podjetju Fourier zaposlen kot raziskovalec keramike in inženir za raziskave in razvoj, je pokazal, da se keramika obnaša nenewtonsko, tako da je njeno grudasto kašo izpostavil vibracijam, ki so običajne v proizvodnem procesu; ta se je takoj utekočinila in uredila strukturo materiala. Takšne suspenzije se uporabljajo za proizvodnjo oblikovane keramike. Erb in Bice menita, da bosta lahko keramične materiale oblikovno prilagodila vsem vrstam električnih komponent. Keramika bo tanjša, lažja in učinkovitejša od trenutno uporabljenih kovin.
Bice je pomagal zagnati zagonsko podjetje iz Münchna. “Zagon podjetja, ki ima sedež v Bostonu, medtem ko sem jaz v Nemčiji, prinaša nekaj zanimivih zapletov, a tudi priložnosti,” pravi Bice, ki skupaj z Erbom išče stranke v Evropi in ZDA.
Povzeto po:
https://bit.ly/3IHEX2g
Fotografije: www.northeastern.edu
